DE102006014472A1

DE102006014472A1 - Measuring instrument for adjustment of workpiece, has housing equipped with universal serial bus interface, compressed air inlet and measuring nozzle outlet, and amplifier interconnected between pressure sensor and converter

Info

Publication number: DE102006014472A1
Application number: DE200610014472
Authority: DE
Inventors: Gerhard Mietzel; Franz Wonisch
Original assignee: MAWOMATIC MAYER WONISCH MIETZE; MAWOMATIC MAYER WONISCH MIETZEL GmbH
Current assignee: MAWOMATIC MAYER WONISCH MIETZE; MAWOMATIC MAYER WONISCH MIETZEL GmbH
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: DE102006014472B4

Abstract

The instrument has an analog-to-digital converter (6), pressure sensor (4) and an Universal serial bus (USB) controller (7) provided in a housing (1). The housing is equipped with an USB interface (8), a compressed air inlet and a measuring nozzle outlet. An amplifier is provided within the housing and is interconnected between a pressure sensor and the converter. The amplifier has a fixed reinforcement and a programmable reinforcement, which determines an overall gain of the amplifier as a product.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Bestimmung einer Distanz mittels Druckluft.The The present invention relates to a measuring device for determination a distance by means of compressed air.

Eine Messeinrichtung der zuvor genannten Art wird beispielsweise zur Ausrichtung von Werkstücken auf Bearbeitungsmaschinen eingesetzt, vorzugsweise wenn es auf ein hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit auch unter staubigen oder schmutzigen Bedingungen ankommt. Eine Messeinrichtung umfasst im Wesentlichen eine Anzahl von Druckdifferenzsensoren, die über geeignete elektrische Verbindungsleitungen mit einer Analog/Digital-Wandlerkarte (A/D-Wandlerkarte) in einem Personal-Computer verbunden sind. Die Drucksensoren sind mit einer Druckluftquelle verbunden, die einen vorbestimmbaren Luftstrom mit einem Referenzdruck am Eingang des Drucksensors bereitstellen kann. Der Ausgang des Drucksensors ist mit einer Düse verbunden, die auf das Messobjekt ausgerichtet ist. Wird der aus der Düse austretende Luftstrom auf einen Körper gerichtet, verändert sich, je nach Abstand zwischen Körper und Düse, der Druck in dem Drucksensor, so dass von der Druckdifferenz zum Referenzdruck auf den Abstand zwischen der Düse und dem Körper geschlossen werden kann. Der Drucksensor ist dazu eingerichtet die Druckdifferenz in ein analoges Messsignal, vorzugsweise in eine elektrische Spannung, umzuwandeln, so dass das analoge Signal an die A/D-Wandlerkarte in dem Personal-Computer weitergegeben werden kann, die wiederum zur Umwandlung des analogen Messsignals in eine digitale Signalfolge geeignet ist. Das digitale Signal kann dementsprechend durch eine geeignete Software ausgewertet werden.A Measuring device of the aforementioned type is for example for Alignment of workpieces Machine tools used, preferably when it is high reliability and accuracy even in dusty or dirty conditions arrives. A measuring device essentially comprises a number of pressure difference sensors over suitable electrical connection cables with an analogue / digital converter card (A / D converter card) connected in a personal computer. The pressure sensors are connected to a compressed air source having a predeterminable air flow with a reference pressure at the inlet of the pressure sensor can. The output of the pressure sensor is connected to a nozzle, which is aligned with the measurement object. Is the emerging from the nozzle Air flow on a body directed, changed depending on the distance between the body and nozzle, the pressure in the pressure sensor, so from the pressure difference to the Reference pressure is closed on the distance between the nozzle and the body can be. The pressure sensor is set up for the pressure difference in an analog measuring signal, preferably in an electrical voltage, convert the analog signal to the A / D converter card can be passed in the personal computer, in turn for converting the analog measurement signal into a digital signal sequence suitable is. The digital signal can accordingly by a suitable software are evaluated.

Im Stand der Technik ist es üblich, dass eine oben beschriebene Messeinrichtung mit einer A/D-Wandlerkarte ausgestattet ist, die über eine Mehrzahl von Eingängen zum Anschluss von Drucksensoren verfügt. Eine übliche Anzahl von Anschlüssen stellen die Potenzen des Binärsystems dar, folglich sind Anschlussanzahlen von 4, 8 oder 16 Anschlüssen üblich. Auch ist es üblich, dass es sich bei der A/D-Wandlerkarte um eine PCI- oder ISA-Karte handelt, die in einem Personalcomputer verbaut werden muss.in the State of the art it is common that a measuring device described above with an A / D converter card is equipped, over a plurality of entrances to connect pressure sensors. Make a usual number of connections the powers of the binary system Thus, port numbers of 4, 8 or 16 ports are standard. Also it is usual, that it is the A / D converter card is a PCI or ISA card that resides in a personal computer must be installed.

Es kommt in der Praxis jedoch nicht selten vor, dass lediglich ein Drucksensor zur Abstandsmessung benötigt wird. Dennoch muss mit einer überdimensionierten A/D-Wandlerkarte gearbeitet werden. Dies führt zu hohen Kosten. Darüber hinaus muss der Personal-Computer zunächst für eine Messung mit der oben beschriebenen Messeinrichtung eingerichtet werden, in dem der Personal-Computer geöffnet, die A/D-Wandlerkarte in dem vorgesehenen Slot verbaut und das Gehäuse anschließend wieder geschlossen wird. Es ist leicht nachvollziehbar, dass sich eine derartige Messeinrichtung nicht für einen flexiblen Einsatz eignet.It In practice, however, it is not uncommon for only one Pressure sensor for distance measurement is needed. Nevertheless, must with an oversized A / D converter card to be worked. This leads to high costs. Furthermore the personal computer must first for one Measurement set up with the measuring device described above in which the personal computer is opened, the A / D converter card Installed in the slot provided and then the housing again is closed. It is easy to understand that a Such measuring device is not suitable for flexible use.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe eine Messeinrichtung bereitzustellen, die für den flexiblen Einsatz geeignet ist und den Ansprüchen des jeweiligen Einsatzgebietes wesentlich besser angepasst werden kann.Here employs the present invention and makes it its mission To provide a measuring device suitable for flexible use is and the claims be adapted much better to the respective field of application can.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Messeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Messeinrichtung zur Bestimmung einer Distanz mittels Druckluft, ein Gehäuse umfasst, wobei innerhalb des Gehäuses mindestens ein Drucksensor, sowie ein USB-Controller und ein A/D-Wandler vorgesehen ist, wobei das Gehäuse weiterhin mit einem USB-Interface, einem Drucklufteingang, sowie einem Messdüsenausgang ausgestattet ist, kann eine kompakte Messeinrichtung bereitgestellt werden, die unmittelbar an den USB-Port eines PC's oder Laptops angeschlossen werden kann. Der aufwendige Umbau des PC's, insbesondere der Einbau einer A/D- Wandlerkarte kann wegfallen. Auch ist dem Drucksensor jeweils ein angemessener A/D-Wandler zugeordnet, so dass keine weiteren Eingänge einer A/D-Wandlerkarte ungenutzt bleiben. Darüber hinaus ergibt sich eine vorteilhafte Erweiterbarkeit einer derartigen Messvorrichtung, indem handelsübliche USB-Hubs verwendet werden.According to the invention this Task by a measuring device with the characterizing features of claim 1. Characterized in that the measuring device for determining a distance means Compressed air, a housing includes, being inside the housing at least one pressure sensor, as well as a USB controller and an A / D converter is provided, wherein the housing furthermore with a USB interface, a compressed air input, as well a measuring nozzle outlet is equipped, a compact measuring device can be provided which are connected directly to the USB port of a PC or laptop can. The complex conversion of the PC, in particular the installation of an A / D converter card can eliminated. Also, the pressure sensor is a suitable A / D converter assigned so that no further inputs of an A / D converter card remain unused. About that In addition, there is an advantageous expandability of such Measuring device by commercially available USB hubs are used.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Verstärker innerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, der zwischen dem Drucksensor und dem A/D-Wandler zwischengeschaltet ist. Dementsprechend kann die Empfindlichkeit des Drucksensors an die Anforderungen der Distanzmessung angepasst werden.In an advantageous embodiment of the present invention can be provided that an amplifier inside the case is provided between the pressure sensor and the A / D converter is interposed. Accordingly, the sensitivity the pressure sensor adapted to the requirements of distance measurement become.

In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Verstärker eine feste Verstärkung (V_F) und eine programmierbare Verstärkung (V_P) aufweist, die als Produkt eine Gesamtverstärkung des Verstärkers bestimmen.In this connection, it has proved to be advantageous for the amplifier to have a fixed gain (V _F ) and a programmable gain (V _P ), which as product determine an overall gain of the amplifier.

Es kann diesbezüglich weiterhin vorgesehen sein, dass der Verstärker eine bevorzugte feste Verstärkung (V_F) 1 oder 25 beträgt. Derartige Verstärkungsfaktoren eignen sich für eine Messung von Druckdifferenzen mittels eines auf Wiederstandsänderung bzw. Spannungsänderung basierenden Drucksensors.It may further be provided in this regard that the amplifier is a preferred fixed gain (V _F ) 1 or 25. Such amplification factors are suitable for measuring pressure differences zen by means of a change in resistance or voltage change based pressure sensor.

In diesem Zusammenhang kann weiterhin vorteilhafterweise eine programmierbare Verstärkung (V_P) von 1, 2, 4, 8 vorgesehen sein. In Zusammenschau mit dem jeweils gewählten festen Verstärkungsfaktor ergeben sich geeignete Messbereiche zur Messung von Druckdifferenzen mittels eines auf Wiederstandsänderung bzw. Spannungsänderung basierenden Drucksensors.In this context, further advantageously a programmable gain (V _P ) of 1, 2, 4, 8 may be provided. In conjunction with the respectively selected fixed amplification factor, suitable measuring ranges for measuring pressure differences result by means of a pressure sensor based on a change in resistance or voltage change.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Messeinrichtung kann vorgesehen sein, dass der Drucksensor eine Anordnung aus Dehnungsmessstreifen aufweist, die in einer Wheatstone-Brückenschaltung verschaltet sind. Entsprechend können Messabweichungen der einzelnen Dehnungsmessstreifen in vorteilhafter Weise kompensiert werden.In an advantageous embodiment of the proposed measuring device it can be provided that the pressure sensor is an arrangement of strain gauges has, which are connected in a Wheatstone bridge circuit. Correspondingly Measuring deviations of the individual strain gauges in an advantageous Be compensated.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, weiterhin innerhalb des Gehäuses eine Kennlinienanpassungseinrichtung mit einem Flash-Speicher vorgesehen ist. Eine derartige Kennlinienanpassungseinrichtung mit einem internen Flash-Speicher ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da jedem Drucksensor seine individuelle Sensorkennlinienanpassung quasi „on-board" zugeordnet werden kann. Es bedarf beispielsweise keiner Archivierung von Kennliniendaten eines jeden einzelnen Drucksensors, beispielsweise auf einem PC.In a further advantageous embodiment of the present invention can be provided, further within the housing a Characteristic adjustment device is provided with a flash memory. Such a characteristic adaptation device with an internal Flash memory is particularly advantageous because each pressure sensor its individual sensor characteristic adjustment quasi "on-board" assigned can. For example, there is no need to archive characteristic data of each individual pressure sensor, for example on a PC.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden erfindungsgemäßen Messeinrichtung kann vorgesehen sein, dass der Drucklufteingang mit einem ersten Druckluftstrang und einem zweiten Druckluftstrang verbunden ist, wobei der zweite Druckluftstrang über den Messdüsenausgang mit einer Messdüse verbunden ist, wobei der Drucksensor zwischen dem ersten Druckluftstrang und dem zweiten Druckluftstrang angeordnet ist. Aus einer derartigen Anordnung ergibt sich eine Schaltung des Drucksensors als Druckdifferenzsensor, der dazu eingerichtet ist, die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckluftstrang und dem zweiten Druckluftstrang zu messen. Es besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit die Messeinrichtung mit einem vergleichsweise hohen Druck, beispielsweise 2 bar zu betreiben, obgleich der Drucksensor nur für einen Messbereich von 0 bis 0,3 bar ausgelegt ist. Die Verwendung vergleichsweise hoher Drücke sorgt für eine permanente Reinigung der Messdüse, wobei vergleichsweise preiswerte Drucksensoren verwendet werden können, die in einem niedrigeren Druckbereich arbeiten. Die permanente Reinigung der Messdüse ist insbesondere in schmutzbelasteten Umgebungen von Vorteil.In a further advantageous embodiment of the present invention measuring device can be provided that the compressed air inlet with a first strand of compressed air and a second strand of compressed air, wherein the second Compressed air line over the measuring nozzle outlet connected to a measuring nozzle is, wherein the pressure sensor between the first strand of compressed air and is arranged the second compressed air line. From such a Arrangement results in a circuit of the pressure sensor as a pressure difference sensor, which is adapted to the pressure difference between the first Compressed air line and the second strand of compressed air to measure. It exists advantageously the possibility the measuring device with a relatively high pressure, for example 2 bar, although the pressure sensor only for one Measuring range of 0 to 0.3 bar is designed. The use comparatively high pressures takes care of a permanent cleaning of the measuring nozzle, wherein comparatively inexpensive Pressure sensors can be used, the work in a lower pressure range. The permanent cleaning the measuring nozzle is particularly beneficial in dirty environments.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Druckluftstrang mit einer einstellbaren Blende ausgestattet ist. Durch entsprechende Einstellung der Einstellblende kann der maximale Differenzdruck, unter Berücksichtigung der verwendeten Messdüse, auf den verfügbaren Messbereich des Drucksensors eingestellt werden. Auch kann über eine Einstellung der Einstellblende sehr einfach ein Nullabgleich vorgenommen werden, indem die Einstellblende so eingestellt wird, dass der Druck im ersten Druckluftstrang gleich dem Druck im zweiten Druckluftstrang ist. Darüber hinaus ergibt sich durch die Differenzdruckmessung im Zusammenhang mit der Einstellblende eine vorteilhafte Möglichkeit bei der Verwendung mehrerer Messeinrichtungen. Beispielsweise können mehrere Messeinrichtungen bei gleichem Messabstand x auf einen gleichen Spannungsabfall im Drucksensor eingestellt werden. Dementsprechend können beispielweise unterschiedliche Messdüsen, insbesondere Düsendurchmesser, Schlauchlängen etc. ausgeglichen werden.In a further advantageous embodiment of the present invention can be provided that the first compressed air line with an adjustable Aperture is equipped. By adjusting the adjustment panel accordingly can be the maximum differential pressure, taking into account the used measuring nozzle, on the available Measuring range of the pressure sensor can be adjusted. Also can over a Adjusting the adjustment diaphragm very simply made a zero adjustment by adjusting the adjustment iris to adjust the pressure in the first compressed air line equal to the pressure in the second compressed air line is. About that In addition, results from the differential pressure measurement in the context with the Einstellblende an advantageous possibility when using several measuring devices. For example, several measuring devices at the same measuring distance x to an equal voltage drop in Pressure sensor can be adjusted. Accordingly, for example different measuring nozzles, in particular nozzle diameter, Hose lengths etc. be compensated.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Darin zeigtFurther Features and advantages of the present invention will become apparent with reference to the following description of preferred embodiments with reference to the attached figure. It shows

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung; 1 a schematic representation of a measuring device according to the invention;

2 eine schematische Darstellung insbesondere der elektronischen Komponenten der erfindungsgemäßen Messeinrichtung. 2 a schematic representation in particular of the electronic components of the measuring device according to the invention.

Eine erfindungsgemäße Messeinrichtung umfasst im Wesentlichen ein Gehäuse 1, in dem ein Drucksensor 4, ein Verstärker 5, ein A/D-Wandler 6 und ein USB-Controller 7 untergebracht sind. Als Anschlüsse in der Gehäusewand sind ein Drucklufteingang 2, ein Messdüsenausgang (Düsenanschluss) 3, sowie ein USB-Interface 8 vorgesehen. Es ist weiterhin vorgesehen, dass das Gehäuse 1 mit (hier nicht dargestellten) Leuchtdioden zur Signalisierung eines Betriebszustandes ausgestattet ist. Des Messdüsenausgang 3 ist, beispielsweise über einen geeigneten Schlauch, mit einer Messdüse 17 verbunden, die wiederum auf einen Körper K, beispielsweise ein Werkstück auf einer Werkstückaufnahme einer automatisierten CNC-Fräse, gerichtet ist, wobei die Messeinrichtung zur Bestimmung eines Abstandes x zwischen der Messdüse 17 und dem Körper K eingerichtet ist.A measuring device according to the invention essentially comprises a housing 1 in which a pressure sensor 4 , an amplifier 5 , an A / D converter 6 and a USB controller 7 are housed. As connections in the housing wall are a compressed air inlet 2 , one measuring nozzle outlet (nozzle connection) 3 , as well as a USB interface 8th intended. It is further envisaged that the housing 1 equipped with (not shown here) LEDs for signaling an operating condition. The measuring nozzle outlet 3 is, for example via a suitable hose, with a measuring nozzle 17 which in turn is directed to a body K, for example a workpiece on a workpiece holder of an automated CNC milling machine is, wherein the measuring device for determining a distance x between the measuring nozzle 17 and the body K is set up.

In 1 ist insbesondere der pneumatische Aufbau der Messeinrichtung dargestellt. Es ist erkennbar, dass sich der Drucklufteingang 2 in einen ersten Druckluftstrang 10 und einen zweiten Druckluftstrang 11 aufteilt. Der Drucklufteingang 2 kann vorzugsweise mit Druckluft mit einem Druck von etwa 0,1 bis 2 bar beaufschlagt werden. Der Drucksensor 4 ist über einen ersten Drucksensoranschluss 14 und einen zweiten Drucksensoranschluss 15 zwischen dem ersten Druckluftstrang 10 und dem zweiten Druckluftstrang 11 angeordnet. Die Anordnung aus erster Drucksensoranschluss 14, Drucksensor und zweiter Drucksensoranschluss 15 bilden eine Luftbrücke. Der Drucksensor 4 ist dementsprechend in der Lage die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druckluftstrang 10 und dem zweiten Druckluftstrang 11 zu messen. Der erste Druckluftstrang 10 ist in Strömungsrichtung vor dem ersten Drucksensoranschluss 14 mit einer Blende 12 (Düse) ausgestattet. Ebenso ist der zweite Druckluftstrang 11 vor dem zweiten Drucksensoranschluss 15 mit einer Blende 13 ausgestattet. Der erste Druckluftstrang 10 endet in einer Einstellblende (Einstelldüse) 16 aus der die in den ersten Druckluftstrang 10 eingeleitete Druckluft entweichen kann. Bei der Einstellblende 16 handelt es sich im Wesentlichen um eine konusförmige Öffnung, in die eine korrespondierende konusförmige Spitze eingeführt werden kann. Vorzugsweise ist die konusförmige Spitze über einen feinen Mutter-Spindel Mechanismus aufgenommen, so dass der Luftdurchsatz sehr genau eingestellt werden kann. Konsequenterweise kann der Druck innerhalb des ersten Druckluftstranges 10 sehr genau eingestellt werden.In 1 In particular, the pneumatic structure of the measuring device is shown. It can be seen that the compressed air inlet 2 in a first compressed air line 10 and a second strand of compressed air 11 divides. The compressed air inlet 2 can preferably be pressurized with compressed air at a pressure of about 0.1 to 2 bar. The pressure sensor 4 is via a first pressure sensor connection 14 and a second pressure sensor port 15 between the first compressed air line 10 and the second compressed air line 11 arranged. The arrangement of first pressure sensor connection 14 , Pressure sensor and second pressure sensor connection 15 form an airlift. The pressure sensor 4 is accordingly capable of the pressure difference between the first strand of compressed air 10 and the second compressed air line 11 to eat. The first compressed air line 10 is upstream of the first pressure sensor port 14 with a panel 12 (Nozzle) equipped. Likewise, the second strand of compressed air 11 before the second pressure sensor connection 15 with a panel 13 fitted. The first compressed air line 10 ends in a setting panel (setting nozzle) 16 from the in the first compressed air line 10 introduced compressed air can escape. At the adjustment panel 16 it is essentially a cone-shaped opening into which a corresponding cone-shaped tip can be inserted. Preferably, the cone-shaped tip is received via a fine nut-spindle mechanism, so that the air flow rate can be set very accurately. Consequently, the pressure within the first compressed air line can 10 be set very precisely.

Die Schaltung des Drucksensors 4 als Differenzdrucksensor birgt nachfolgende Vorteile.The circuit of the pressure sensor 4 As a differential pressure sensor has the following advantages.

Es besteht die Möglichkeit die Messeinrichtung mit einem vergleichsweise hohen Druck, beispielsweise 2 bar zu betreiben, obgleich der Drucksensor 4 nur für einen Messbereich von 0 bis 0,3 bar ausgelegt ist. Die Verwendung vergleichsweise hoher Drücke sorgt für eine permanente Reinigung der Messdüse 17, wobei vergleichsweise preiswerte Drucksensoren 4 verwendet werden können, die in einem niedrigeren Druckbereich arbeiten. Die permanente Reinigung der Messdüse 17 ist insbesondere in schmutzbelasteten Umgebungen von Vorteil.It is possible to operate the measuring device with a comparatively high pressure, for example 2 bar, although the pressure sensor 4 only designed for a measuring range of 0 to 0.3 bar. The use of comparatively high pressures ensures permanent cleaning of the measuring nozzle 17 , where comparatively inexpensive pressure sensors 4 can be used, which work in a lower pressure range. Permanent cleaning of the measuring nozzle 17 is particularly beneficial in dirty environments.

Im Zusammenhang mit der Einstellblende 16 ergeben sich weitere Vorteile.In connection with the adjustment panel 16 There are further advantages.

Durch entsprechende Einstellung der Einstellblende 16 kann der maximale Differenzdruck, unter Berücksichtigung der verwendeten Messdüse 17, auf den verfügbaren Messbereich des Drucksensors 4 eingestellt werden.By adjusting the adjustment panel accordingly 16 can the maximum differential pressure, taking into account the measuring nozzle used 17 , on the available measuring range of the pressure sensor 4 be set.

Auch kann über eine Einstellung der Einstellblende 16 sehr einfach ein Nullabgleich vorgenommen werden, indem die Einstellblende 16 so eingestellt wird, dass der Druck im ersten Druckluftstrang 10 gleich dem Druck im zweiten Druckluftstrang 11 ist.Also can about a setting of the setting panel 16 very easily a zero balance can be made by adjusting the adjustment 16 is adjusted so that the pressure in the first compressed air line 10 equal to the pressure in the second compressed air line 11 is.

Darüber hinaus ergibt sich durch die Differenzdruckmessung im Zusammenhang mit der Einstellblende 16 eine vorteilhafte Möglichkeit bei der Verwendung mehrerer Messeinrichtungen. Beispielsweise können mehrere Messeinrichtungen bei gleichem Messabstand x auf einen gleichen Spannungsabfall im Drucksensor 4 eingestellt werden. Dementsprechend können beispielweise unterschiedliche Messdüsen 17, insbesondere Düsendurchmesser, Schlauchlängen etc. ausgeglichen werden.In addition, results from the differential pressure measurement in connection with the Einstellblende 16 an advantageous possibility when using multiple measuring devices. For example, multiple measuring devices at the same measuring distance x to a same voltage drop in the pressure sensor 4 be set. Accordingly, for example, different measuring nozzles 17 , In particular nozzle diameter, hose lengths, etc. are compensated.

Hinsichtlich der digitalen Komponenten wird nachfolgend auf 2 Bezug genommen.With regard to the digital components is below 2 Referenced.

Der A/D-Wandler 6 weist eine Auflösung von 16 Bit und eine Wandelzeit von ca. 8 bis 128 ms auf. Die Stromversorgung der Messeinrichtung erfolgt über das USB-Interface 8, wobei eine Stromaufnahme von etwa 80 mA zu erwarten ist.The A / D converter 6 has a resolution of 16 bits and a conversion time of about 8 to 128 ms. The power supply of the measuring device is via the USB interface 8th , where a current consumption of about 80 mA is expected.

Der Verstärker ist dem analogen Eingang des A/D-Wandlers vorgeschaltet und dazu eingerichtet, den Messbereich bzw. die Empfindlichkeit des Drucksensors entsprechend den Anforderungen an die Messung anzupassen. Hinsichtlich des Verstärkers 5 sind unterschiedliche Varianten denkbar.The amplifier is connected upstream of the analog input of the A / D converter and adapted to adjust the measuring range or the sensitivity of the pressure sensor according to the requirements of the measurement. Regarding the amplifier 5 are different variants conceivable.

In einer ersten möglichen Variante ist eine feste Verstärkung mit einem Faktor 1 (V_F = 1) vorgesehen, darüber hinaus eine programmierbare Verstärkung mit den Faktoren V_P = 1, 2, 4 und 8. Bei einem programmierten Verstärkungsfaktor V_P = 1 und einem festen Verstärkungsfaktor V_F = 1 ergibt sich ein Eingangsspannungsbereich von ±3,0 V. Bei einem Verstärkungsfaktor von V_P = 2 und V_F = 1 ein Eingangsspannungsbereich von ±1,5 V, bei einem Verstärkungsfaktor von V_P = 4 und V_F = 1 ein Eingangsspannungsbereich von ±0,75 V und bei einem Verstärkungsfaktor von V_P = 8 und V_F = 1 ein Eingangsspannungsbereich ±0,375 V. Entsprechend ergibt sich bei einem Verstärkungsfaktor V = 8 und V_F = 1 eine (messbare) Druckdifferenz von 2187,5 mbar. Die sicherheitsbedingte Grenze des Sensors liegt bei 1,7 bar (Berstdruck).In a first possible variant, a fixed gain with a factor of 1 (V _F = 1) is provided, in addition a programmable gain with the factors V _P = 1, 2, 4 and 8. At a programmed gain factor V _P = 1 and a fixed amplification factor V _F = 1 results in an input voltage range of ± 3.0 V. For a gain factor of V _P = 2 and V _F = 1 an input voltage range of ± 1.5 V, with a gain of V _P = 4 and V _F = 1 an input voltage range of ± 0.75V and at an amplification factor of V _P = 8 and V _F = 1, an input voltage range of ± 0.375 V. Accordingly, with a gain factor V = 8 and V _F = 1, a (measurable) pressure difference of 2187.5 mbar results. The safety-related limit of the sensor is 1.7 bar (bursting pressure).

In einer zweiten möglichen Variante ist eine feste Verstärkung mit dem Faktor V_F = 25 vorgesehen, darüber hinaus ist eine programmierbare Verstärkung mit den Verstärkungsfaktoren V_P = 1, 2, 4 und 8 vorgesehen. Bei einer Gesamtverstärkung V = 25 (V_P = 1 und V_F = 25) ergibt sich ein Eingangsspannungsbereich von 0... bis +132 mV. Bei einer Gesamtverstärkung von V = 50 (V_P = 2 und V_F = 25) ergibt sich ein Eingangsspannungsbereich von 0 bis +66 mV. Bei einer Gesamtverstärkung von V = 100 (V_F = 25 und V_P = 4) ergibt sich ein Eingangsspannungsbereich von 0 bis +33 mV. Bei einer Gesamtverstärkung V = 200 (V_F = 25 und V_P = 8) ergibt sich ein Eingangsspannungsbereich von 0 bis... +16 mV.In a second possible variant, a fixed gain with the factor V _F = 25 is provided, in addition, a programmable gain with the amplification factors V _P = 1, 2, 4 and 8 is provided. With an overall gain V = 25 (V _P = 1 and V _F = 25) results in an input voltage range from 0 ... to +132 mV. With an overall gain of V = 50 (V _P = 2 and V _F = 25) results in an input voltage range from 0 to +66 mV. With an overall gain of V = 100 (V _F = 25 and V _P = 4), the input voltage range is 0 to +33 mV. With an overall gain V = 200 (V _F = 25 and V _P = 8), this results in an input voltage range of 0 to ... +16 mV.

Entsprechend ergibt sich bei einer Gesamtverstärkung von V = 200 (V_F = 25 und V_P = 8) eine max. Druckdifferenz von 350 mbar mit einer Auflösung von 0,0107 mbar/IncrementAccordingly, with a total gain of V = 200 (V _F = 25 and V _P = 8), a max. Pressure difference of 350 mbar with a resolution of 0.0107 mbar / Increment

Der Drucksensor weist – wie alle Sensoren – keine absolut lineare Kennlinie auf. Insbesondere in den äußeren Messbereichen treten Abweichungen vom linearen Verhalten auf. Die erfindungsgemäße Messeinrichtung ist dementsprechend mit einer Sensorkennlinienanpassungseinrichtung ausgestattet, die dazu eingerichtet ist, die Sensorkennlinie des jeweiligen Drucksensors anzupassen. Zur Speicherung der Abweichungsinformationen kann beispielsweise ein optionaler zusätzlicher Flash-Speicher. mit z.B. 8 kByte Kapazität innerhalb der jeweiligen Messeinrichtung vorgesehen sein. Denkbar ist selbstverständlich auch eine nachträglich Sensorkennlinienanpassung durch eine Software auf dem über das USB-Interface 8 angeschlossenen PC oder Laptop. Die hier vorgeschlagene Lösung ist jedoch insbesondere deshalb vorteilhaft, da jedem Drucksensor seine individuelle Sensorkennlinienanpassung quasi „on-board" zugeordnet werden kann.The pressure sensor has - like all sensors - no absolutely linear characteristic. Deviations from the linear behavior occur especially in the outer measuring ranges. The measuring device according to the invention is accordingly equipped with a sensor characteristic adjustment device, which is set up to adapt the sensor characteristic of the respective pressure sensor. For example, an optional additional flash memory may be used to store the deviation information. be provided with eg 8 kbyte capacity within the respective measuring device. Of course, it is also conceivable to retrospectively adapt the sensor characteristics by means of software via the USB interface 8th connected PC or laptop. The solution proposed here, however, is particularly advantageous because each pressure sensor its quasi individual "on-board" sensor characteristic adjustment can be assigned.

Hinsichtlich der Adressierung des A/D-Wandlers 6 sind nachfolgende Adressen für das Schreiben: 90 hex und das Lesen: 91 hex vorgesehen. Der Flash-Speicher kann über die Adresse 1 angesprochen werden.Regarding the addressing of the A / D converter 6 following addresses for writing are provided: 90 hex and read: 91 hex. The flash memory can be addressed via address 1.

Für das Schreiben kommen nachfolgende Befehle in Frage: iicPacket(0) = 2 'IIC Betriebsart iicPacket(1) = 130 '82 hex (StartBit + 2 Byte to send) iicPacket(2) = 144 '90 hex (Leseaddresse) iicPacket(3) = 80...9F 'Cmd-Byte to send iicPacket(4) = 0 iicPacket(5) = 0 iicPacket(6) = 0 iicPacket(7) = 0 The following commands are suitable for writing: iicPacket (0) = 2 'IIC mode iicPacket (1) = 130 '82 hex (StartBit + 2 bytes to send) iicPacket (2) = 144 '90 hex (read address) iicPacket (3) = 80 ... 9F 'Cmd byte to send iicPacket (4) = 0 iicPacket (5) = 0 iicPacket (6) = 0 iicPacket (7) = 0

Der Befehl Res = IowKitWrite(iowHandle, 1, iicPacket(0), 8) liefert in Res das Ergebnis der Befehlübergabe zurück.Of the Command Res = IowKitWrite (iowHandle, 1, iicPacket (0), 8) returns in Res the result of the command passing back.

Für das Lesen kommen nachfolgende Befehle in Frage: iicPacket(0) = 3 'IIC Betriebsart iicPacket(1) = 3 'Set number of bytes to read from IIC iicPacket(2) = 145 '91 hex = Leseaddresse iicPacket(3) = 0 'Init rest of packet with zero iicPacket(4) = 0 iicPacket(5) = 0 iicPacket(6) = 0 iicPacket(7) = 0 The following commands are suitable for reading: iicPacket (0) = 3 'IIC mode iicPacket (1) = 3 Set number of bytes to read from IIC iicPacket (2) = 145 '91 hex = read address iicPacket (3) = 0 'Init rest of packet with zero iicPacket (4) = 0 iicPacket (5) = 0 iicPacket (6) = 0 iicPacket (7) = 0

Nach Aufruf der Leseroutine Res = IowKitRead(iowHandle, 1, iicPacket(0), 8) zeigt Res den Fehlercode der Transaktion.To Call of the read routine Res = IowKitRead (iowHandle, 1, iicPacket (0), 8) Res shows the error code of the transaction.

Die Transaktionsergebnisse stehen in: iicPacket(0) = 3 'IIC Betriebsart iicPacket(1) = 3 'bytes wurden gelesen iicPacket(2) = xx 'Messwert H-Byte iicPacket(3) = xx 'Messwert L_Byte iicPacket(4) = xx 'Status Byte (verwendete Betriebsart) iicPacket(5) = 0 iicPacket(6) = 0 iicPacket(7) = 0 The transaction results are in: iicPacket (0) = 3 'IIC mode iicPacket (1) = 3 'bytes were read iicPacket (2) = xx 'Measured value H-byte iicPacket (3) = xx 'Measured value L_byte iicPacket (4) = xx 'Status Byte (used mode) iicPacket (5) = 0 iicPacket (6) = 0 iicPacket (7) = 0

Die bereits oben angesprochenen LED's sind programmgesteuert. Sie stehen nur zur Verfügung wenn das IIC Interface des USB-Controllers nicht benutzt wird und statt des seriellen A/D-Wandlers ein paralleler verwendet wird.The already mentioned above LED's are programmatically. They are only available if the IIC interface of the USB controller is not used and instead of the serial A / D converter a parallel one is used.

Die Messeinrichtung weist darüber hinaus ein USB-Interface 8 mit nachfolgenden Spezifikationen auf.The measuring device also has a USB interface 8th with subsequent specifications.

Das Inbetriebnahmeverfahren der Messeinrichtung in Zusammenschau mit dem Computer gestaltet sich wie folgt:
Auf dem PC oder Laptop werden die entsprechenden Treiber für den USB-Controller 7 installiert. Die Messeinrichtung wird an den eingeschalteten Rechner angesteckt, so dass der USB-Controller 7 vom Betriebssystem erkannt wird. Der Drucksensor 4 soll zu diesem Zeitpunkt noch nicht mit Druck beaufschlagt werden. Anschließend wird das Programm „Analog_USB.exe" gestartet und die Messwertanzeige „0" abgewartet.The commissioning procedure of the measuring device in conjunction with the computer is as follows:
On the PC or laptop are the appropriate drivers for the USB controller 7 Installed. The measuring device is plugged into the switched on computer, so that the USB controller 7 detected by the operating system. The pressure sensor 4 should not yet be pressurized at this time. Then the program "Analog_USB.exe" is started and the measured value display "0" is awaited.

Anschließend kann der Drucksensor 4 mit Druck beaufschlagt werden. Die Messwerte erscheinen auf dem Bildschirm des PC's bzw. Laptops. Darüber hinaus könne die Messewerte einer programmgemäßen Auswertung zugeführt werden. Der Offset kann ebenfalls berücksichtigt werden. Das Ergebnis wird unter den Daten der IIC-Protokolle angezeigt.Subsequently, the pressure sensor 4 be pressurized. The measured values appear on the screen of the PC or laptop. In addition, the fair values can be fed to a program-specific evaluation. The offset can also be taken into account. The result is displayed under the data of the IIC logs.

Die erfindungsgemäße Messeinrichtung kann dementsprechend unmittelbar an das USB-Interface eines Laptops/PCs über ein USB Kabel (USB-A auf USB-B), vorzugsweise mit einer Länge von max. 4 m angeschlossen werden. Es bedarf demnach keiner aufwendigen Montage einer A/D-Wandlerkarte innerhalb eines Personalcomputers. Auch muss keine überdimensionierte und damit teure A/D-Wandlerkarte mit einer Vielzahl von Eingängen eingesetzt werden.The Measuring device according to the invention can therefore directly to the USB interface of a laptop / PC via a USB cable (USB-A to USB-B), preferably with a length of Max. 4 m are connected. It therefore does not require any elaborate Mounting an A / D converter card inside a personal computer. Also, no oversized and therefore expensive A / D converter card with a variety of inputs be used.

Auch zeichnet sich der USB-Controller dadurch aus, dass alle Änderungen erst wirksam werden, wenn sie durch „Write to IIC" übergeben wurden. Meßwerte werden durch „Read IIC" in die Anzeige geholt. Umrechnungen werden erst bei „Read IIC" durchgeführt. Jeder Meßwert bringt als 3.gelesenes Byte den Status und die Betriebsart des Wandler mit.Also the USB controller is characterized by all the changes only become effective if they have been transferred by "Write to IIC" through "Read IIC "in the ad fetched. Conversions are only performed with "Read IIC" as 3rd read byte the status and the operating mode of the converter With.

Ein möglicher Funktionstest für die Messeinrichtung gestaltet sich wie folgt. Nachfolgende Ausführungen betreffen die Version mit Vorverstärker (feste Verstärkung = 25) und 3V Referenz.One potential Function test for the measuring device is designed as follows. Subsequent versions affect the version with preamplifier (fixed gain = 25) and 3V reference.

Drucklos liefert die Anzeige bei einer Verstärkung von V_P = 1 einen minimalen Wert < 50. Bei einem maximalen Druck und einer Verstärkung von V_P = 8 liefert die Anzeige einen Wert von 32000 zurück.Depressurize the display provides at a gain of V _P = 1 a minimum value <50. In a maximum pressure and a gain of V _P = 8, the display gives a value of 32000 back.

Eine tabellarische Übersicht dokumentiert weitere Kenngrößen der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, insbesondere bei einer Referenzspannung von 3,3 Volt – mit und ohne Zusatzverstärker.A table overview documents further characteristics of the measuring device according to the invention, especially at a reference voltage of 3.3 volts - with and without additional amplifier.

Ohne Zusatzverstärker ergeben sich nachfolgende Werte:

Without additional amplifier, the following values result:

Mit einer 3,3 V Referenz können Eingangsspannungen von +0,4125 V bis +3,3 V verarbeitet werden, d.h. es können auch Sensoren mit größerem Spannungshub Verwendung finden.With a 3.3V reference can Input voltages from +0.4125 V to +3.3 V are processed, i. it can also sensors with a larger voltage swing Find use.

Mit Zusatzverstärker ergeben sich nachfolgende Werte:

With additional amplifier, the following values result:

Claims

Measuring device for determining a distance by means of compressed air, comprising - a housing ( 1 ), whereby within the housing ( 1 ) - at least one pressure sensor ( 4 ), as well as - a USB controller ( 7 ) and - an A / D converter ( 6 ) is provided, wherein the housing ( 1 ) with - a USB interface ( 8th ) - a compressed air inlet ( 2 ), and - a measuring nozzle outlet ( 3 ) Is provided.

Measuring device according to claim 1, wherein an amplifier ( 5 ) within the housing ( 1 ) provided between the pressure sensor ( 4 ) and the A / D converter ( 6 ) is interposed.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the amplifier ( 5 ) has a fixed gain (V _F ) and a programmable gain (V _P ), which as product a total gain of the amplifier ( 5 ).

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a preferred fixed gain (V _F ) is 1 or 25.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a preferred programmable gain (V _P ) is 1, 2, 4, 8.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensor ( 4 ) an arrangement of strain gauges ( 9 ), which are connected in a Wheatstone bridge circuit.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that further within the housing ( 1 ) a sensor characteristic adjustment device is provided with a flash memory.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the compressed air inlet ( 2 ) with a first compressed air line ( 10 ) and a second compressed air line ( 11 ), wherein the second compressed air line ( 11 ) via the measuring nozzle outlet ( 3 ) with a measuring nozzle ( 17 ), the pressure sensor ( 4 ) between the first strand of compressed air ( 10 ) and the second compressed air line ( 11 ) is arranged.

Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the first compressed air strand ( 10 ) with an adjustable aperture ( 16 ) Is provided.